可變軸距多軸鉆床設(shè)計【多軸可調(diào)鉆床】
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濰坊學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
摘要
本設(shè)計是關(guān)于可變軸距多軸鉆床的設(shè)計。設(shè)計一種鉆床用鉆軸均布可調(diào)多軸頭。該多軸頭各軸在圓周方向均布卻可方便地沿直徑方向同步調(diào)整，普通鉆床為單軸機床，但安裝上多軸箱就會成為多軸的鉆床，改造成多軸鉆床后，能大大地縮短加工時間，提高生產(chǎn)效率。本設(shè)計涉及一種可調(diào)間距的多軸鉆床，包括機身，底座，工作臺，主電機，主軸箱設(shè)置在機身上并位于工作臺的上方，所述的主軸箱內(nèi)設(shè)有萬向節(jié)，萬向節(jié)的上端通過齒輪或帶輪與主電機相連接，萬向節(jié)的下端與鉆頭主軸相連接，設(shè)計內(nèi)容包括齒輪分布與選用、軸的設(shè)計、多軸箱的選用、導(dǎo)向裝置設(shè)計等。不過國內(nèi)現(xiàn)在多軸鉆床傳動箱大都采用萬向節(jié)連桿式傳動結(jié)構(gòu)，其缺點是鉆桿位置調(diào)節(jié)由萬向節(jié)和連桿實現(xiàn)，調(diào)節(jié)麻煩，調(diào)節(jié)位置不準確，萬向節(jié)的存在還使傳動箱的軸向尺寸增大，傳動剛性很差，這些缺點都可使工件孔的位置精度和尺寸精度不易保證，造成裝配困難。
關(guān)鍵詞： 多軸鉆床; 可調(diào)軸距; 多軸箱
Abstract
This design is about the variable wheelbase multi-axis drilling machine design. Introduction of a drilling machine drill shaft can be adjustable multi spindle heads. The multiple spindle axis in are uniformly distributed in the circumference direction can easily along the diameter direction synchronous adjustment, the ordinary drill is a single axis machine tool, but mounted on the spindle becomes a multi-axis drilling machine, transformed into a machine, can greatly shorten the processing time, improve production efficiency. The utility model relates to a adjustable multi spindle drilling machine, comprising a body, do more, work table, the main motor, the spindle box is arranged in the body and is positioned on the worktable, wherein the spindle box is provided with a universal joint, the upper end of the universal joint through gear or belt wheel is connected with the main motor, universal joint the lower end of the drill bit is connected with the main shaft, the design includes the selection and distribution of gear wheel, shaft design, selection of the multiple spindle heads, guiding device design. But now the domestic machine transmission box adopts universal joint connecting rod type transmission structure, its disadvantages are the drill rod position adjustment by the universal joint and the connecting rod to realize the trouble, regulation, regulation of position is not accurate, universal existence also causes gearbox axial size increases, drive rigidity is poor, these shortcomings can make the workpiece bore location accuracy and dimensional accuracy can not be guaranteed, causing difficulty in fitting.
KEY WORDS: multiple drill;adjust; multiple spindle heads
20
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 可變軸距多軸加工的介紹 1
1.2 多軸加工的應(yīng)用 1
1.3 多軸加工優(yōu)勢 1
1.4 多軸加工的設(shè)備 1
1.4.1 多軸頭 2
1.4.2 多軸箱 2
1.4.3 多軸鉆床 2
1.4.4 自動更換主軸箱機床 2
1.5 可變軸距多軸加工趨勢 3
第2章 可變軸距多軸鉆床的概述 4
2.1 可變軸距多軸鉆床的定義 4
2.2 可變軸距多軸加工的特點 4
2.3 可變軸距多軸鉆床的工作原理 4
2.4 可調(diào)軸間距多軸頭的結(jié)構(gòu) 5
2.4.1 連接部分 5
2.4.2 傳動部分 5
2.4.3 軸間距的調(diào)整部分 5
2.4.4 鉆頭的裝夾部分 5
第3章 可調(diào)軸距多軸鉆床總體設(shè)計 6
3.1 生產(chǎn)任務(wù) 6
3.2 可調(diào)多軸立式鉆床的選型 6
3.2.1 計算所需電機功率 6
3.2.2 立式鉆床的確定 7
3.2.3 立鉆型專機設(shè)計計算書 8
第4章??多軸齒輪傳動箱的設(shè)計 9
4.1 設(shè)計前的準備工作 9
4.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 10
第5章 導(dǎo)向裝置及接桿刀具的設(shè)計 15
5.1 導(dǎo)向裝置組成 15
5.2 接桿刀具 15
總結(jié) 16
參考文獻 17
致謝 18
第1章 緒 論
1.1 可變軸距多軸加工的介紹
鉆孔加工在機械加工中是再普通不過的工序了。在中小批量的生產(chǎn)中，通常采用普通立式鉆床，一次鉆一個孔，然后移位鉆另一個孔。這種加工方法效率很低，而且孔的位置度難以保證。為了解決這一矛盾，我們設(shè)計了用于普通立式鉆床的可調(diào)式多軸鉆孔頭。在設(shè)備、人力不增加的情況下，配上可調(diào)式多軸鉆孔頭，不僅可使加工效率成倍增加，而且加工精度及孔的位置度得到保證。
1.2 多軸加工的應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量 以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。文獻[1]
1.3 多軸加工優(yōu)勢
雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結(jié)合多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢。
1.4 多軸加工的設(shè)備
多軸加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
1.4.1 多軸頭
從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距 不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。
1.4.2 多軸箱
也像多軸頭那樣作為標準部件生產(chǎn)。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。
根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。
1.4.3 多軸鉆床
這是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.4.4 自動更換主軸箱機床
為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。
(1) 自動更換主軸機床
自動更換主軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個不可調(diào)主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調(diào)換懸掛的主軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。
(2)?多軸轉(zhuǎn)塔機床
轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。
(3)?自動更換主軸箱組合機床
它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進給動作都按標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。文獻[2]
(4) 數(shù)控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數(shù)控落地加工。
1.5 可變軸距多軸加工趨勢
多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。目前社會上在大中型零件鉆孔時，普遍使用的是單軸鉆床和固定式不可調(diào)的多軸鉆床，其缺點是單軸鉆床加工大批量的零件功效太低，固定式不可變軸距多軸鉆床屬于專用設(shè)備，只能加工一種零件，轉(zhuǎn)產(chǎn)或改型設(shè)備將無法使用
第2章 可變軸距多軸鉆床的概述
2.1 可變軸距多軸鉆床的定義
多軸鉆床大體分為兩種類型：可調(diào)式和固定式。
可調(diào)式：本體結(jié)構(gòu)得用齒輪箱配合萬向節(jié)頭所組成，由于萬向節(jié)是可活動軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動。
2.2 可變軸距多軸加工的特點
優(yōu)點：在調(diào)整加工孔距時不受齒輪所限制，適合加工多樣不定性孔件，適用范圍較廣可變式多軸鉆床在其加工范圍內(nèi)，其主軸的數(shù)量、主軸間的距離，相對可以任意調(diào)整，一次進給同時加工數(shù)孔。在其配合液壓機床工作時，可自動進行快進、工進（工退）、快退、停止。同單軸鉆床比較，工件加工精度高、工效快，可有效節(jié)約投資方的人力、物力、財力。尤其機床的自動化大大減輕操作者的疲勞強度。
缺點：精度方面控制有所欠缺，長期使用跑位率相比略高。適合單件加工量不大，常年更換加工件的企業(yè)。
2.3 可變軸距多軸鉆床的工作原理
多軸鉆床的實現(xiàn)主要是由于有多軸器的存在才得以實現(xiàn)的。主軸旋轉(zhuǎn)帶動多軸器中的其他軸轉(zhuǎn)動。多軸器結(jié)構(gòu)有齒輪箱配合萬向節(jié)頭所組成，由于萬向節(jié)是可活動軸件，故在限定范圍內(nèi)可左右移動。在調(diào)整加多軸頭箱內(nèi)有一個主動輪和多個從動輪，主動輪與電機聯(lián)結(jié)，從動輪再驅(qū)動鉆頭對工件進行加工。
圖2.1鉆床主軸剖面圖
此圖是本設(shè)計的核心部分，主軸用螺栓連接在圓盤上，可以根據(jù)加工孔的直徑來進行調(diào)整，一次性最多能使用8個主軸，當所加工孔的直徑較大時，可以松開螺栓，手動調(diào)整主軸位置使加工孔直徑滿足要求，再用螺栓擰緊固定，此為最簡單的一種拔插式手動調(diào)整主軸孔距的方法
2.4 可調(diào)軸間距多軸頭的結(jié)構(gòu)
主要有連接部分、傳動部分、軸間距調(diào)整部分、鉆頭裝夾部分組成。
2.4.1 連接部分
是使可調(diào)多軸頭與機床主軸連成一體，主軸套帶動可調(diào)多軸頭做上下運動。根據(jù)裝配圖所示，底座與油缸通過內(nèi)六角螺釘連接，鉆軸體通過內(nèi)六角螺釘固定在T形槽圓盤上，最多可固定8個。主軸箱安裝在鉆床的最上端用內(nèi)螺紋圓柱銷固定。圓盤工作臺臺面上有多個工位，圓盤工作臺下面裝有回轉(zhuǎn)定位工作臺，圓盤工作臺的上方裝有主軸箱，主軸箱固定在機身的上部，機身的下端固定在底座上，機身的上部，主軸箱后部裝有主電機，主電機與主軸箱間有傳動機構(gòu)，主軸箱內(nèi)裝有萬向節(jié)，下端裝有多支主軸，主軸上裝有鉆頭。
2.4.2 傳動部分
是保證可調(diào)多軸頭的主動軸，隨著機床主動軸作旋轉(zhuǎn)運動并傳遞扭矩。傳動桿為莫氏錐度與鉆床主軸錐度一致，插入后將主軸動力傳給主動軸，在經(jīng)過主動軸上齒輪帶動傳動齒輪，最后傳給可調(diào)軸間距工作軸上齒輪，是兩邊可調(diào)軸間距工作軸同時旋轉(zhuǎn)，中間件固定工作軸直接由主動軸傳遞動力，電動機通過皮帶輪帶動萬向節(jié)連接進行移動，帶動每個鉆軸體進行不同位置的調(diào)整，致使加工孔距在一定范圍內(nèi)進行增大或減小的位置變化，從而可以加工不同直徑大小的孔。
2.4.3 軸間距的調(diào)整部分
是保證可調(diào)多軸頭根據(jù)加工件不同的孔距要求，在設(shè)計規(guī)定的可調(diào)整范圍內(nèi)任意等距地調(diào)整軸間距。
2.4.4 鉆頭的裝夾部分
是保證鉆頭可靠地固定，安全地鉆削工件。鉆頭的裝夾可根據(jù)可調(diào)多軸頭最小軸間距的要求，選擇不同的裝夾形式。若最小軸間距尺寸較大，最好選用通用性較強的鉆夾頭。該可調(diào)多軸頭因最小軸間距尺寸要求較小，故選用了一般多軸箱上常見的可調(diào)接桿，結(jié)構(gòu)的特點是外徑較小，通用性較強，使用的鉆頭是錐柄的。
第3章 可調(diào)軸距多軸鉆床總體設(shè)計
3.1 生產(chǎn)任務(wù)
在一批鑄鐵連接件上有同一個面上有多個孔加工。在普通立式鉆床上進行孔加工，通常是一個孔一個孔的鉆削，生產(chǎn)效率低，用非標設(shè)備，即組合機床加工，生產(chǎn)效率高，但設(shè)備投資大。但把一批普通立式普通單軸鉆床改造為立式多軸鉆床，改造后的多軸鉆床，可以同時完成多個孔的鉆、擴、鉸、等工序。
3.2 可調(diào)多軸立式鉆床的選型
立式鉆床是多軸鉆床的工作主機 ，應(yīng)根據(jù)工件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)大小、孔徑、孔數(shù)和孔的分布情況以及加工時所需的切削軸向力和切削功率等要素來確定其型號。需要確定主機的主要參數(shù)是：機床主軸的各級進給量；機床的額定功率和主軸允許的最大進給力及主軸端面至工作臺面的最大和最小距離等參數(shù)。一種可調(diào)間距的多軸鉆床，包括機身、底座、油缸、工作臺、主電機和主軸箱，主軸箱設(shè)置在機身上并位于工作臺的上方，所述的主軸箱內(nèi)設(shè)有萬向節(jié)，萬向節(jié)的上端通過齒輪或帶輪與主電機相連接，萬向節(jié)的下端與鉆頭主軸相連接，所述電機的動力輸出輪通過傳動帶與齒輪箱總成的動力輸入輪傳動鏈接，傳動桿總成與齒輪箱總成的動力輸出裝置傳動連接，所述鉆桿與傳動桿總成一一對應(yīng)，且鉆桿的上端安裝在傳動桿總成上。
3.2.1 計算所需電機功率
表3.1 電機功率的選擇
孔徑
軸向力F
(N)
功率P
kW
f5
378
0.14
f6.7
449
0.15
f8.5
724
0.23
f12
1245
0.41
f20
2147.8
0.54
此表為各個不同孔距所對應(yīng)的軸向力和功率，選擇孔徑所對應(yīng)的適合的數(shù)據(jù)，此設(shè)計為8個f20的孔。
表3.2 鉆頭切削的主要計算公式
高速鋼標準鉆頭切削力的計算公式
計算公式
切削扭距
M=Cm*D^xm*S^ym*Km(Kg-mm)
軸向力
P0=Cp*D^xp*S^yd*Kp(Kg)
切削功率
N=M*n/975000(KW)
確定八個孔同時加工的軸向力，
公式： 式（3-1）
式中：=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1,
=0.35m/s文獻[5]
從表1和表2中得總切削軸向力=2147.85(N)；
電機總功率=4.31 (kW) 文獻[6]
3.2.2 立式鉆床的確定
表3.3 其主要技術(shù)參數(shù)
公式中的系數(shù)與指數(shù)值
工件材料
扭距M
軸向力P0
Cm
Xm
Ym
Cp
Xp
Yp
鋼δb=75Kg /mm^2
34.5
2
0.8
84.7
1
0.7
2Cr13合金鋼
37
2
0.7
160
1
0.7
1Cr18Ni9Ti不銹鋼
41
2
0.7
180
1
0.7
灰鑄鐵HB=190
21
2
0.8
60.5
1
0.8
1331.31
可鍛鑄鐵HB=150
21
2
0.8
52.5
1
0.8
青銅HB=100~140
12
2
0.8
31.5
1
0.8
3.切削條件變化后,切削力的修正系數(shù)
工件材料
鋼(Km=Kp)
灰鑄鐵(Km=Kp)
可鍛鑄鐵(Km=Kp)
(δb/75)^0.75
(HB/190)^0.6
(HB/150)^0.6
3.2.3 立鉆型專機設(shè)計計算書
表3.4 鉆床設(shè)計計算書
鉆孔直徑:mm
20
鉆孔數(shù)量
8
主軸轉(zhuǎn)速
r/min
240
每轉(zhuǎn)進給量
mm/r
0.1
材料
45
單軸軸向力Kg
268.48
總軸向力:Kg
2147.85
單軸扭距 N·m
2187.15
總扭距:N·m
17497.22
單軸功率:kw
0.54
總功率:kw
4.31
實用功率:kw
5.39
主軸軸徑:mm
24.23
第4章??多軸齒輪傳動箱的設(shè)計
4.1 設(shè)計前的準備工作
明確工件上的被加工孔的數(shù)目、直徑和分布情況及其位置精度t并分析工件材料的工藝性能，以便選擇合理的切削用量和適當?shù)毒呔呓Y(jié)構(gòu)及材料。明確生產(chǎn)綱線和生產(chǎn)班次，計算特定加工時的單件工時選定齒輪的傳動方式(內(nèi)嚙合或外嚙合)。明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算或選定其軸徑太小。排出齒輪傳動的層次t計算各個齒輪的齒數(shù)和模數(shù)。
（1）大致了解工件上被加工孔為8個Ф20的孔。毛坯種類為灰鑄鐵的鑄件，由于石墨的潤滑及割裂作用，使灰鑄鐵很易切削加工，屑片易斷，刀具磨損少，故可選用硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）
（2）切削用量的確定文獻[12]
切削速度,進給量.
則切削轉(zhuǎn)速 式（4-1）
根據(jù)Z525機床說明書，取文獻[14]
故實際切削速度為： 式（4-2）
（3）確定加工時的單件工時文獻[11]
一般為5-10mm,取10mm
式（4-3）
加工一個孔所需時間： 式（4-4）
單件時工時： 式(4-5)
4.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算
圖4.1 齒輪傳動分布圖
（1）選定齒輪的傳動方式：初定為外嚙合。
（2）齒輪分布方案確定：
根據(jù)通常采用的經(jīng)濟而又有效的傳動是：用一根傳動軸帶支多根主軸。
（3）明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算或選定其軸徑大小。
因為所選定的Z535立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而惰輪軸則為右旋。
表4.1 加工孔徑與工作軸直徑對應(yīng)表（mm）
加工孔徑
＜12
12－16
16－20
工作軸直徑
15
20
25
因為加工孔徑為Ф20mm,所以工作軸直徑選25mm.文獻[7]
主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設(shè)計中確定。
（4）排出齒輪傳動的層次，設(shè)計各個齒輪。
① 本設(shè)計的齒輪傳動為雙層次的齒輪外嚙合傳動，傳動分布圖如圖4.1所示。
② 在設(shè)計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率,齒輪Ⅰ轉(zhuǎn)速, 齒輪Ⅲ轉(zhuǎn)速,齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的傳動比均i=0.84,即齒輪比u=1.2,工作壽命15年（每年工作300天），兩班制。
③ 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)
?選用直齒輪圓柱齒輪傳動；
?多軸箱為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）文獻[13]
?材料選擇
選擇齒輪Ⅰ材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，齒輪Ⅱ材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，齒輪Ⅲ材料為45（?；?，硬度210HBS;
?選齒輪Ⅰ齒數(shù),齒輪Ⅱ齒數(shù),取.
④ 按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進行試算， 式(4-6)
? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù);
2)計算齒輪Ⅰ傳遞的轉(zhuǎn)矩
式(4-7)
3)選取齒寬系數(shù)=0.5文獻[8]
4)查得材料的彈性影響系數(shù)文獻[9]
5)按齒面硬度查得齒輪Ⅰ的接觸疲勞強度極限;齒輪Ⅱ的接觸疲勞強度極限;
6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
式(4-8)
式(4-9)
7)查得接觸疲勞壽命系數(shù),;
8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力:
取失效概率為1%，安全系數(shù),得：
式(4-10)
; 式(4-11)
?計算
1)試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值:
式(4-12)
2)計算圓周速度V:
式(4-13)
3)計算齒
式(4-14)
4)計算齒寬與齒高之比
模數(shù)： 式(4-15)
齒高： 式(4-16)
5)計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=3.81m/s,7級精度，查得動載系數(shù)Kv=1.14,假設(shè),
查得;文獻[3]
查得使用系數(shù);
查得7級精度齒輪Ⅰ相對支承非對稱布置時，文獻[4]
式(4-17)
將數(shù)據(jù)代入后得：
; 式(4-18)
由,得，;
故載荷系數(shù) 式(4-19)
6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得，
=53.649x=57.18mm 式(4-20)
7)計算模數(shù)m
m=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圓整為m=25mm. 式(4-21)
⑤ 齒根彎曲強度設(shè)計
彎曲強度的設(shè)計公式為m≥ 式(4-22)
?確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1） 查得齒輪Ⅰ的彎曲疲勞極限=500Mpa;
齒輪Ⅱ的彎曲疲勞強度極限=380Mpa;
2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù);
3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式（10-12）得：
[]1===303.57Mpa 式(4-23)
==238.86MPa 式(4-24)
4)計算載荷系數(shù)
式(4-25)
5) 查取齒形系數(shù)
查得
6)查取應(yīng)力校正系數(shù)
查得文獻[10]
7）計算齒輪Ⅰ、Ⅱ的并加以比較
==0.01379 式(4-26)
==0.01716 式(4-27)
齒輪Ⅱ的數(shù)值大。
?設(shè)計計算
m≥ 式(4-28)
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.5。在零件圖中可知，主動軸與惰輪軸的中心距為51mm，即齒輪Ⅰ、Ⅱ完全嚙合的中心距，得：m()=51 式(4-29)
1.5x()=51 式(4-30)
Z1=31, Z2=37
惰輪軸與工作軸的中心距為61.5mm，即齒輪Ⅱ與齒輪Ⅲ完全嚙合時中心距，即
m()=61.5 式(4-31)
5()=61.5 式(4-32)
Z3=45
⑥幾何尺寸計算
?計算分度圓直徑：
d1=Z1?m=31x1.5=46.5mm 式(4-33)
d2=Z2?m=37x1.5=55.5mm 式(4-34)
d3=Z3?m=45x1.5=67.5mm 式(4-35)
?計算中心中距
aⅠⅡ=51mm,aⅡⅢ=61.5mm
?計算齒輪齒寬
式(4-36)
取
⑦驗算
Ft===819.2N 式(4-37)
==35.66N/mm<100N/mm 合格 式(4-38)
第5章 導(dǎo)向裝置及接桿刀具的設(shè)計
5.1 導(dǎo)向裝置組成
導(dǎo)向裝置主要由導(dǎo)柱、導(dǎo)套、彈簧組成。導(dǎo)柱的上端與多軸箱中間板上的導(dǎo)套滑動配合，下端安裝在夾具的鉆模板上。
（1）選擇彈簧
用四根彈簧支撐整個多軸箱，粗略估算多軸箱重量： 式(5-1)
每根彈簧負荷：F=124.5N
選圓柱螺旋壓縮彈簧，彈簧中徑,節(jié)距，彈簧絲直徑，工作圈數(shù),自由高度.
（2）導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇
導(dǎo)柱材料為直徑16mm,長303mm
導(dǎo)套材料為20號鋼。
5.2 接桿刀具
接桿一端為梯形螺紋，與主動軸的內(nèi)孔滑動配合，通過鍵傳遞扭矩。在梯形螺紋段并設(shè)計有斜面，以便調(diào)整接桿的延伸量來補償?shù)毒叩哪p量。接桿另一端的莫氏錐孔與刀具的莫氏錐柄相配合。
總結(jié)
兩個多月的畢業(yè)設(shè)計在忙碌中就快要結(jié)束了,在這兩個多月的時間里,在畢業(yè)設(shè)計之余還要兼顧找工作,因此,在這段時間里我覺得生活非常的充實.不但在畢業(yè)設(shè)計中鞏固了以前的知識,而且在人生道路上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會交際.
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年所學(xué)知識的一個考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計是課程設(shè)計一個質(zhì)的飛越.認識到這點,我對待畢業(yè)設(shè)計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認真謹慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.
在接到畢業(yè)設(shè)計課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計就不同了，它是一個綜合設(shè)計，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。因此經(jīng)常跑圖書館。但是《組合機床設(shè)計》找遍整個圖書館都找不到。然而我的設(shè)計是根據(jù)這本書上所講的設(shè)計方法來做的，找不到絕對是一個沉重的打擊。幸好，在指導(dǎo)老師的指引和幫助下在機械系資料室找到了。在以后的設(shè)計中，《組合機床設(shè)計》起到了很大的作用，是我畢業(yè)設(shè)計能順利按時完成的法寶。
我學(xué)會了許多以前在學(xué)習(xí)中學(xué)不到的東西，那只有通過自學(xué)才會領(lǐng)悟得到的。畢竟就快離開校園，走向社會了，在將來的人生道路上，學(xué)習(xí)是陪伴我們終生的，正所謂“活到老，學(xué)到老”，在人生道路上很多知識都是自學(xué)而獲得的。
在這里我要向在畢業(yè)設(shè)計中幫助過我的老師、同學(xué)、家人致謝，因為他們在整個設(shè)計中給予了我很多幫助和動力。特別是我的指導(dǎo)老師，他不惜勞苦，因此設(shè)計過程中很多問題都能及時得到解決。
總的來講，整個畢業(yè)設(shè)計給我留下深刻的印象，不僅僅是由于設(shè)計時間長，更多的是在畢業(yè)設(shè)計中我嘗到了辛、酸、苦、甜，它會是人生道路上留下不可抹殺的一頁。
參考文獻
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[13]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005
[14]李洪主編.實用機床設(shè)計手冊.北京：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999
[15]濮良貴，紀名剛編.機械設(shè)計（第七版）.北京：高等教育出版社,2002
致謝
歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導(dǎo)老師馬成習(xí)老師，他對我進行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最衷心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。
感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正
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